WO2000004409A1 - Refractive index distribution type optical element and refractive index distribution type rod lens array - Google Patents

Refractive index distribution type optical element and refractive index distribution type rod lens array Download PDF

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Shuya Kogi
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Nippon Sheet Glass Co.,Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a gradient index optical element and a gradient index rod lens array having a core / cladding structure having a refractive index distribution in a radial direction, and more particularly to an improvement in a cladding glass composition.
  • a gradient index optical element whose refractive index changes in a parabolic manner from the center to the outer periphery in the cross section, such as a light focusing lens, forms an image similar to a spherical lens even if the lens surface is flat. It is widely used in the optical heads of optical devices such as copiers, optical printers, and facsimile machines because it has an effect and has the advantage of easily producing lenses with a small diameter and single focus.
  • the gradient index optical element includes a gradient index rod lens, a gradient index fiber, and the like.
  • an ion exchange method of imparting a refractive index distribution by immersing a glass rod in a molten salt is widely used industrially.
  • a glass port containing cations such as L i +, T 1 + s C s +, and Ag + is immersed in a molten salt such as sodium nitrate / nitrate lime to form a cation in the glass.
  • a molten salt such as sodium nitrate / nitrate lime
  • the cations in the glass rod and the cations in the glass rod are heated during molding of the core / cladding glass rod coated with the above-mentioned glass rod with a cladding glass layer containing sodium ions and potassium ions or by heating after molding.
  • a core / cladding lens having a refractive index distribution can be obtained.
  • This core / clad glass rod can be manufactured by a double crucible method, a pipe method, or the like.
  • ion exchange is mainly performed. As a result, it often deviates from a parabolic distribution (square distribution) mainly in the vicinity of the surface.
  • Fig. 1 shows the refractive index distribution of a core lens with a core / cladding structure.
  • the lens has a circular cross section, a core in the center, and a concentric clad around the core. Below that is the refractive index distribution curve.
  • the horizontal axis r is the radial distance from the center of the core, and n is the refractive index.
  • the composition of the core glass and the clad glass before the ion exchange should be selected so that the refractive index continuously changes at the boundary between the core and the clad after the ion exchange. This is preferable when the thickness of the cladding layer is to be increased in size.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-301901 discloses a core / clad glass rod containing a cation such as Li +, for example.
  • a graded index optical element is manufactured by immersing in a molten salt such as sodium nitrate for a predetermined time to exchange lithium ions in the core / cladded glass rod with sodium ions in the molten salt.
  • glass containing metal ions such as Mn, Cr, Co, Ni, Fe, Cu, Ag, Ti, Pbs Ru, Cd, V, and Mo as coloring components
  • a technique has been disclosed in which a light absorbing layer is formed to prevent flare light from entering.
  • the colorant of MnO, CoO, or a combination of Co0 and MnO used in the embodiment is sufficient for an optical device using monochromatic light as a light source, but is not sufficient for an optical device using white light. Had the problem of lack of resolution.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-139472 discloses that Co ⁇ , MnO, and C as colorants are used as cladding glass layers in a gradient index optical element by a thermal mutual diffusion method using a double crucible.
  • Light absorbing glass containing r2 ⁇ 3, for example, 1.5% by weight of CoO, 1.0% by weight of MnO, and 0.4% by weight of Cr2 ⁇ 3 There is disclosed a technique for preventing flare light from entering a manne and improving the accuracy of the outer diameter by using an image.
  • this colorant is liable to cause devitrification of the core and the clad glass, and has a problem that the usable glass composition range for the core and the clad glass is narrow and limited. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to prevent a decrease in optical characteristics due to a portion where the refractive index deviates from a normal parabolic distribution, prevent flare light from entering, and excel in an optical device using white light.
  • An object of the present invention is to provide a core / cladding type gradient index optical element having high resolution and a rod lens array using the same.
  • the refractive index distribution type optical element of the present invention is a core / cladding structure refractive index distribution type optical element manufactured by an ion exchange method, wherein the refractive index distribution contains a metal oxide coloring component in the clad glass.
  • the clad glass is expressed as a weight percentage of 100% by weight of a total of a mother glass component excluding the coloring component as the metal oxide coloring component,
  • the gradient index rod lens array according to the present invention is such that a plurality of such gradient index optical elements according to the present invention are arranged such that their optical axes are parallel to each other and are fixed to each other.
  • the metal oxide coloring component (hereinafter sometimes referred to as “coloring agent”) in the cladding glass is additional to the mother glass component (base glass component excluding the coloring agent) of the cladding glass.
  • the weight% of the coloring agent is expressed as a percentage by weight of the total amount of the mother glass component of the cloud glass, ie, the weight of the coloring agent when the total of the mother glass component is 100% by weight. Sometimes referred to as “addition amount”).
  • addition amount in the gradient index optical element of the present invention, since the coloring agent is added to the clad glass, it is possible to prevent a decrease in optical characteristics due to a portion where the refractive index deviates from the normal parabolic distribution, and to prevent the penetration of flare light. be able to.
  • FIG. 3 is a graph showing the transmittance spectral characteristics of the clad glass of Example 1.
  • FIG. 4 is a graph showing the transmittance spectral characteristics of the clad glass of Example 3.
  • FIG. 5 is a graph showing transmittance spectral characteristics of the clad glass of Example 4.
  • FIG. 6 is a graph showing transmittance spectral characteristics of the clad glass of Example 5.
  • the metal oxide coloring component (coloring agent) contained in the clad glass according to the present invention will be described.
  • the addition amount of F e 2 ⁇ 3 1.0 to 4. is preferably 0 wt%.
  • the amount of F e 2_Rei 3 is preferably 1. 0-2. Fivefold amount%.
  • the amount of 62-3 is desirably 1.5 to 4.0% by weight.
  • MnO is not an essential component, but when it exists in the form of Mn 3 + ions in glass, it strongly absorbs light of 440 to 500 nm. However, in a state MnO is coexisting with F e 2 ⁇ 3, in the form of Mn 2 + ions, since the light is no longer absorbs almost, but not safely be added 1.0 wt% or less, effective as a colorant is not.
  • a preferred example of the component composition of the core glass before the ion exchange treatment is as follows in terms of% by weight (however, the total is 100% by weight).
  • a hollow cylindrical clad glass having the composition shown in Tables 1 and 3 and having a thickness of 0.5 mm and an inner diameter of 30.5 mm, and a core glass head with a diameter of 30 mm inserted therein were used.
  • the hollow cylindrical clad glass and the core glass rod are fused and integrated, and each core has an outer diameter of 300 m.
  • a core / clad glass rod with a diameter of 295 jam (cladding layer thickness of 2.5 rn) was obtained.
  • the added amount (% by weight) of the colorant is a value in which the total of the mother glass components other than the colorant is 100% by weight.
  • the transmittance spectrum of the clad glass used in Example 1 (C 001.0% by weight, Fe 2 ⁇ 33.0% by weight) among the above-mentioned examples and the comparatively used clad glass used in the comparative example.
  • the properties (converted to glass thickness of 0.1 mm) are shown in Fig. 3, and the clad glass used in Example 3 (CoO 1.0 wt%, Fe203 2.0 wt%, Ni00.5 wt%)
  • Fig. 4 shows the transmittance spectral characteristics (converted to a glass thickness of 0.1 mm) of the clad glass used in Example 4 (CoO 1.0% by weight, Fe 203 10.0 weights).
  • Comparative Example 1 Comparative Example 2 Comparative Example 3 Comparative Example 4 Core Cladding, SORT, Core Cladding, Core Cladding, Core Cladding, Core Cladding
  • Agent Fe 2 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
  • the core / clad double glass rod containing at least the coloring components of Co and Fe in the clad glass is ion-exchanged, so that the outer diameter accuracy is extremely high.
  • it reduces the influence of light passing through the part where the refractive index distribution is disturbed in the outer peripheral part, prevents invasion of flare light, and has a high refractive index distribution rod with excellent resolution even in optical devices using white light.
  • a lens and a lens array can be obtained.

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Abstract

A refractive index distribution type optical element of a core/clad structure containing metal oxide coloring components in clad glass and being produced by an ion exchange method, wherein the clad glass contains, as the metal oxide coloring components, 0.3 to 4.0 wt.% of CoO, 1.0 to 12.0 wt.% of Fe2O3, 0.0 to 2.0 wt.% of NiO and 0.0 to 0.2 wt.% of Cr2O3 per 100 wt.% of a total of parent glass components excluding the coloring components. Specifically, a core/clad type refractive index distribution type optical element which prevents lowering in optical characteristics to be caused by the presence of portions where a refractive index is outside a parabolic distribution, prevents an intrusion of a flare light and has an excellent resolution even in an optical device using a white light; and a rod lens array using this element.

Description

明細書 屈折率分布型光学素子および屈折率分布型口ッ ドレンズアレイ  Description Gradient index optical element and Gradient index lens array
技術分野 Technical field
本発明は、 半径方向に屈折率分布を持つコア/クラッド構造の屈折率分布型光 学素子及び屈折率分布型ロッドレンズアレイ、 特にそのクラッド用ガラス組成の 改良に関する。 背景技術  The present invention relates to a gradient index optical element and a gradient index rod lens array having a core / cladding structure having a refractive index distribution in a radial direction, and more particularly to an improvement in a cladding glass composition. Background art
断面内で中心から外周に向けて、 屈折率がパラボリック状に変化している屈折 率分布型光学素子、 例えば光集束性レンズは、 レンズ面が平面であっても、 球面 レンズと同様な結像作用を有し、 微小径、 単焦点のレンズも容易に作製できる等 の利点を持っているため、 複写機、 光プリンタ、 ファクシミリ装置等の光学装置 の光学ヘッ ド等に広く用いられている。 この屈折率分布型光学素子には、 屈折率 分布型ロッ ドレンズ、 屈折率分布型ファイバ等がある。  A gradient index optical element whose refractive index changes in a parabolic manner from the center to the outer periphery in the cross section, such as a light focusing lens, forms an image similar to a spherical lens even if the lens surface is flat. It is widely used in the optical heads of optical devices such as copiers, optical printers, and facsimile machines because it has an effect and has the advantage of easily producing lenses with a small diameter and single focus. The gradient index optical element includes a gradient index rod lens, a gradient index fiber, and the like.
屈折率分布型光学素子を製造する方法としては、 ガラスロッドを溶融塩に浸漬 することによって、 屈折率分布を付与するイオン交換法が工業的に広く行われて いる。 例えば、 L i +、 T 1 + s C s +、 A g +などの陽イオンを含むガラス口 ッドを硝酸ナトリウムゃ硝酸力リゥムなどの溶融塩中に浸漬し、 ガラス中の陽ィ オンと溶融塩中の陽イオンとを交換させることによって、 屈折率分布を有する口 ッドレンズを得ることができる。  As a method of manufacturing a refractive index distribution type optical element, an ion exchange method of imparting a refractive index distribution by immersing a glass rod in a molten salt is widely used industrially. For example, a glass port containing cations such as L i +, T 1 + s C s +, and Ag + is immersed in a molten salt such as sodium nitrate / nitrate lime to form a cation in the glass. By exchanging cations in the molten salt, an aperture lens having a refractive index distribution can be obtained.
また溶融塩を用いる代わりに、 ナトリウムイオンやカリゥムイオンを含むクラ ッドガラス層で上記ガラスロッドを被覆したコア/クラッ ドガラスロッドの成形 中に、 または成形後の加熱により、 ガラスロッド中の陽イオンとクラッドガラス 層中の陽イオンとを交換させることによって、 屈折率分布を有するコア/クラッ ド搆造の口ッ ドレンズを得ることができる。 このコア/クラヅ ドガラスロッ ドは 二重るつぼ法、 パイプロ ヅド法等によって製造することができる。  Instead of using molten salt, the cations in the glass rod and the cations in the glass rod are heated during molding of the core / cladding glass rod coated with the above-mentioned glass rod with a cladding glass layer containing sodium ions and potassium ions or by heating after molding. By exchanging with cations in the glass layer, a core / cladding lens having a refractive index distribution can be obtained. This core / clad glass rod can be manufactured by a double crucible method, a pipe method, or the like.
上記のィォン交換法によって作製されたロッ ドレンズでは、 ィォン交換が主と して拡散現象によって進行するために、 主としてその測表面近滂部分においてパ ラボリック状分布 (2乗分布) から外れることが多い。 コア/クラッド構造の口 ッドレンズの屈折率分布を示したものが図 1である。 レンズの断面は円形で、 中 心部にコアがあり、 コアの周辺に同心円状にクラッ ドが設けられている。 その下 に屈折率分布曲線が示されている。 横軸 rはコア中心からの半径方向距離で、 n は屈折率である。 この際、 イオン交換前のコアガラスおよびクラッ ドガラスの組 成は、 イオン交換後のコアとクラッ ドの境界で屈折率が連続的に変化するように 選択することが、 特にコア直径に対して相対的にクラッ ド層厚みを大きくすると きに、 好ましい。 In the rod lens manufactured by the above-mentioned ion exchange method, ion exchange is mainly performed. As a result, it often deviates from a parabolic distribution (square distribution) mainly in the vicinity of the surface. Fig. 1 shows the refractive index distribution of a core lens with a core / cladding structure. The lens has a circular cross section, a core in the center, and a concentric clad around the core. Below that is the refractive index distribution curve. The horizontal axis r is the radial distance from the center of the core, and n is the refractive index. At this time, the composition of the core glass and the clad glass before the ion exchange should be selected so that the refractive index continuously changes at the boundary between the core and the clad after the ion exchange. This is preferable when the thickness of the cladding layer is to be increased in size.
画像などの情報を伝送しょうとする場合、 この正規なパラボリック状分布から 外れた側表面近傍部分を通過した光線は、 歪や収差の原因となり、 屈折率分布型 口ッドレンズの光学特'性を低下させる。 また屈折率分布型口ッ ドレンズの側面近 傍を通して外部から侵入してくる光 (フレア一光) もまた、 屈折率分布型ロッ ド レンズの光学特性を低下させる。  When trying to transmit information such as images, light rays that pass through the vicinity of the side surface that deviate from this normal parabolic distribution cause distortion and aberration, and reduce the optical characteristics of the refractive index distributed aperture lens. Let it. Also, light (flare light) entering from the outside through the vicinity of the side surface of the gradient index lens also degrades the optical characteristics of the gradient index rod lens.
このようなレンズ光学特性の低下およびフレアー光の侵入を防ぐために、 特開 昭 63— 30 1 90 1号公報には、 例えば、 L i+などの陽イオンをそれぞれ含 むコア/クラッドガラスロッ ドを、 例えば硝酸ナトリウムのような溶融塩に所定 時間浸漬して、 コア/クラッ ドガラスロ ヅド中のリチウムイオンと溶融塩中のナ トリウムイオンとを交換させることによって、 屈折率分布型光学素子を製造する 際に、 クラヅ ドガラス中に、 着色成分として Mn、 Cr、 Co、 N i、 Fe、 C u、 Ag、 T i、 P bs Ru、 Cd、 V、 M oなどの金属イオンを含有するガラ スの光吸収層を形成し、 フレアー光の浸入を防く、技術が開示されている。 しかし、 その実施例で用いられている MnO、 CoO、 または C o 0と MnOの組み合わ せの着色剤では、 光源として単色光を用いる光学装置では充分であるが、 白色光 を用いた光学装置には、 解像度が不足するという問題があった。  In order to prevent such a decrease in lens optical characteristics and the invasion of flare light, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-301901 discloses a core / clad glass rod containing a cation such as Li +, for example. For example, a graded index optical element is manufactured by immersing in a molten salt such as sodium nitrate for a predetermined time to exchange lithium ions in the core / cladded glass rod with sodium ions in the molten salt. In this case, glass containing metal ions such as Mn, Cr, Co, Ni, Fe, Cu, Ag, Ti, Pbs Ru, Cd, V, and Mo as coloring components A technique has been disclosed in which a light absorbing layer is formed to prevent flare light from entering. However, the colorant of MnO, CoO, or a combination of Co0 and MnO used in the embodiment is sufficient for an optical device using monochromatic light as a light source, but is not sufficient for an optical device using white light. Had the problem of lack of resolution.
また、 特閧平 10— 139472号公報には、 2重るつぼを用いた熱相互拡散 法による屈折率分布型光学素子において、 クラッドガラス層として、 着色剤とし ての、 Co〇、 MnO、 および C r 2〇 3を、 咧えば、 C oO 1. 5重量%、 MnO 1. 0重量%、 および C r 2〇 3 0. 4重量%含有する光吸収ガラス を用いて、 フレアー光の ί曼入を防ぎ、 かつ外径精度を良くする技術が開示されて いる。 しかし、 この着色剤は、 コアおよびクラッ ドガラスに失透を生じさせやす く、 コアおよびクラッ ドガラスとして、 使用可能なガラス組成範囲が狭く限定さ れるという問題点があった。 発明の開示 Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-139472 discloses that Co〇, MnO, and C as colorants are used as cladding glass layers in a gradient index optical element by a thermal mutual diffusion method using a double crucible. Light absorbing glass containing r2〇3, for example, 1.5% by weight of CoO, 1.0% by weight of MnO, and 0.4% by weight of Cr2〇3 There is disclosed a technique for preventing flare light from entering a manne and improving the accuracy of the outer diameter by using an image. However, this colorant is liable to cause devitrification of the core and the clad glass, and has a problem that the usable glass composition range for the core and the clad glass is narrow and limited. Disclosure of the invention
本発明の目的は、 屈折率が正規なパラボリック状分布から外れている部分によ る光学特性の低下を防止するとともに、 フレアー光の侵入を防止し、 白色光を用 いた光学装置においても、 優れた解像度を有するコア/クラッ ド型屈折率分布型 光学素子、 およびこれを用いたロッドレンズアレイを提供することにある。  An object of the present invention is to prevent a decrease in optical characteristics due to a portion where the refractive index deviates from a normal parabolic distribution, prevent flare light from entering, and excel in an optical device using white light. An object of the present invention is to provide a core / cladding type gradient index optical element having high resolution and a rod lens array using the same.
本発明の屈折率分布型光学素子は、 イオン交換法により製造されるコア/クラ ッド構造の屈折率分布型光学素子であって、 クラッ ドガラス中に金属酸化物着色 成分を含有する屈折率分布型光学素子において、 該クラッ ドガラスが、 該金属酸 化物着色成分として、 着色成分を除く母ガラス成分の合計を 1 0 0重量%として、 重量%で表して、  The refractive index distribution type optical element of the present invention is a core / cladding structure refractive index distribution type optical element manufactured by an ion exchange method, wherein the refractive index distribution contains a metal oxide coloring component in the clad glass. In the mold optical element, the clad glass is expressed as a weight percentage of 100% by weight of a total of a mother glass component excluding the coloring component as the metal oxide coloring component,
C ο 0 0 . 3〜4 . 0  C ο 0 0 .3〜4.0
F e 2 0 3 1 . 0〜 1 2 . 0  F e 2 0 3 1 .0 to 1 2 .0
N i 0 0 . 0〜2 . 0 N i 0 0 .0 to 2.0
C r 2 0 3 0 . 0〜0 . 2 C r 2 0 3 0 .0 to 0.2
を含有することを特徴とする。 It is characterized by containing.
本発明の屈折率分布型ロッ ドレンズアレイは、 このような本発明の屈折率分布 型光学素子を複数本、 互に光軸が平行になるように配列して互いに固着したもの である。  The gradient index rod lens array according to the present invention is such that a plurality of such gradient index optical elements according to the present invention are arranged such that their optical axes are parallel to each other and are fixed to each other.
なお、 本発明においてクラッ ドガラス中の金属酸化物着色成分 (以下 「着色 剤」 と称す場合がある。) は、 クラッ ドガラスの母ガラス成分 (着色剤を除く基 材ガラス成分) に対して付加的に添加したものとして、 クラッ ドガラスの母ガラ ス成分の合計に対する重量%、 即ち、 母ガラス成分の合計を 1 0 0重量%とした ときの着色剤の重量%で示す (以下、 この割合を単に 「添加量」 と称す場合があ る)。 本発明の屈折率分布型光学素子では、 クラッ ドガラスに着色剤を添加したため、 屈折率が正規なパラボリック状分布から外れている部分による光学特性の低下を 防止すると共に、 フレアー光の浸入を防止することができる。 特に、 この着色剤 として、 所定量の C ο θと F e 2〇 3と、 必要に応じて更に N i 0及び/又は C r 2 0 3とを添加することにより、 可視光全体の波長の光を効率的に除去するこ とができるため、 白色光を用いた光学装置においても、 優れた解像度を有するコ ァ /クラッ ド型屈折率分布型光学素子を得ることができる。 図面の簡単な説明 In the present invention, the metal oxide coloring component (hereinafter sometimes referred to as “coloring agent”) in the cladding glass is additional to the mother glass component (base glass component excluding the coloring agent) of the cladding glass. The weight% of the coloring agent is expressed as a percentage by weight of the total amount of the mother glass component of the cloud glass, ie, the weight of the coloring agent when the total of the mother glass component is 100% by weight. Sometimes referred to as “addition amount”). In the gradient index optical element of the present invention, since the coloring agent is added to the clad glass, it is possible to prevent a decrease in optical characteristics due to a portion where the refractive index deviates from the normal parabolic distribution, and to prevent the penetration of flare light. be able to. In particular, by adding a predetermined amount of C ο θ and Fe 2〇 3 as the colorant, and further adding Ni 0 and / or Cr 203 as needed, the wavelength of the entire visible light can be reduced. Since light can be efficiently removed, a core / cladding gradient index optical element having excellent resolution can be obtained even in an optical device using white light. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1は、 屈折率分布型ロッ ドレンズの屈折率分布曲線を示す図である。  FIG. 1 is a diagram showing a refractive index distribution curve of a gradient index rod lens.
図 2は、 本発明の屈折率分布型ロッ ドレンズ用の二重ガラスロッ ド作製のため の紡糸炉を示す側断面図である。  FIG. 2 is a side sectional view showing a spinning furnace for producing a double glass rod for a gradient index rod lens of the present invention.
図 3は、 実施例 1のクラッ ドガラスの透過率分光特性を示すグラフである。  FIG. 3 is a graph showing the transmittance spectral characteristics of the clad glass of Example 1.
図 4は、 実施例 3のクラッ ドガラスの透過率分光特性を示すグラフである。  FIG. 4 is a graph showing the transmittance spectral characteristics of the clad glass of Example 3.
図 5は、 実施例 4のクラッドガラスの透過率分光特性を示すグラフである。  FIG. 5 is a graph showing transmittance spectral characteristics of the clad glass of Example 4.
図 6は、 実施例 5のクラッ ドガラスの透過率分光特性を示すグラフである。  FIG. 6 is a graph showing transmittance spectral characteristics of the clad glass of Example 5.
図 7は、 実施例 6のクラッドガラスの透過率分光特性を示すグラフである。  FIG. 7 is a graph showing transmittance spectral characteristics of the clad glass of Example 6.
図 8は、 実施例 7のクラッドガラスの透過率分光特性を示すグラフである。  FIG. 8 is a graph showing the transmittance spectral characteristics of the clad glass of Example 7.
図 9は、 実施例 8のクラッ ドガラスの透過率分光特性を示すグラフである。  FIG. 9 is a graph showing transmittance spectral characteristics of the clad glass of Example 8.
図 1 0は、 実施冽 9のクラッドガラスの透過率分光特性を示すグラフである。 図 1 1は、 実施例 1 0のクラッ ドガラスの透過率分光特性を示すグラフである。 図 1 2は、 比較例 1のクラッドガラスの透過率分光特性を示すグラフである。 図 1 3は、 比較例 3のクラッドガラスの透過率分光特性を示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態  FIG. 10 is a graph showing the transmittance spectral characteristics of the clad glass of Example 9. FIG. 11 is a graph showing the transmittance spectral characteristics of the clad glass of Example 10; FIG. 12 is a graph showing the transmittance spectral characteristics of the clad glass of Comparative Example 1. FIG. 13 is a graph showing the transmittance spectral characteristics of the clad glass of Comparative Example 3. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
まず、 本発明に係るクラッ ドガラス中に含有される金属酸化物着色成分 (着色 剤) について記述する。  First, the metal oxide coloring component (coloring agent) contained in the clad glass according to the present invention will be described.
クラッドガラスの着色剤として用いる金属酸化物は、 基本的にイオン交換反応 そのものには関係ないのものが選択される。 一般に、 着色剤量の増加に比例して、- JP /03748 ガラスの密度、 粘性、 熱膨張等の特性が変化する。 また、 着色剤の添加量が多く なると、 コア Zクラッ ドガラスロッ ドの成形中、 咧えば 2重るつぼを用いた紡糸 工程中に失透が発生しやすくなる。 したがって、 着色剤の添加量 (重量%) は、 目的とする波長の光が吸収できる範囲で、 できるだけ少ない方がよい。 さらには、 イオン交換法による屈折率分布をできるだけパラボリック状分布に近づけるため にも、 着色剤の添加量は少ない方がよい。 このような観点から、 着色剤として C 00が適している。 As the metal oxide used as the colorant for the clad glass, one that is basically unrelated to the ion exchange reaction itself is selected. Generally, in proportion to the increase in the amount of colorant,- JP / 03748 Changes in properties such as density, viscosity and thermal expansion of glass. In addition, when the amount of the coloring agent added is large, devitrification tends to occur during the molding of the core Z-clad glass rod, for example, during the spinning process using a double crucible. Therefore, the amount (% by weight) of the colorant added is preferably as small as possible within a range in which light of a desired wavelength can be absorbed. Furthermore, in order to make the refractive index distribution by the ion exchange method as close as possible to the parabolic distribution, it is preferable that the amount of the coloring agent added is small. From such a viewpoint, C00 is suitable as a coloring agent.
ガラス中に C o 0が含まれると、 そのガラスは、 C 0 +イオンに起因して、 520〜680 nm帯域の光を強く吸収する吸収能を示すようになる。 C o 0は その添加量に比例して吸収が増加するので、 C 00の添加量が多いほど、 クラッ ド層に入射した結像に寄与しない光の除去に効果が大きい。 しかし上述したよう な理由で、 Co Oの添加量は 0. 3〜4. 0重量%であり、 望ましいのは 0. 4 〜2. 5重量%であり、 さらに望ましいのは 0. 5〜1. 5重量%である。  If C0 is contained in the glass, the glass will exhibit an absorption capacity that strongly absorbs light in the 520 to 680 nm band due to C0 + ions. Since the absorption of C 0 increases in proportion to the added amount, the larger the added amount of C 00, the greater the effect of removing light that has entered the cladding layer and does not contribute to imaging. However, for the reasons described above, the amount of Co 2 O added is 0.3 to 4.0% by weight, preferably 0.4 to 2.5% by weight, and more preferably 0.5 to 1% by weight. 5% by weight.
光源として白色光を用いる場合には、 可視光全体の波長の光の除去を考慮しな ければならない。 上述の C oOのみでは、 500 nm以下の波長の光の吸収能が 不足している。 500 nm以下の短波長を吸収する金属イオンとしては、 F eィ オンが用いられる。 F e 3 +イオンは 380~460 nmの光を強く吸収する。 F e 203は、 比較的短波長の可視光を吸収するための必須成分であるが、 その 添加量があまり多すぎると、 ガラスが失透しやすくなるので、 過剰に使用しない ことが望ましく、 1. 0〜 12. 0重量%の範囲でクラッ ドガラスの母ガラス組 成等に応じてその添加量が設定される。 If white light is used as the light source, consideration must be given to the removal of light of the entire visible wavelength. The above-mentioned CoO alone is insufficient in the ability to absorb light having a wavelength of 500 nm or less. Fe ions are used as metal ions that absorb short wavelengths of 500 nm or less. F e 3 + ions strongly absorb light of 380 to 460 nm. F e 203 is an essential component for absorbing visible light of a relatively short wavelength, but if its addition is too large, the glass is liable to devitrify, so it is desirable not to use it excessively. The addition amount is set in the range of 0 to 12.0% by weight according to the composition of the mother glass of the clad glass.
即ち、 MgOを多く含むガラスをクラッ ドガラスの母ガラスとして使用する場 合には、 失透の発生が顕著であるため、 母ガラス中の MgOの濃度が、 母ガラス 成分の合計を 100重量%としたとき、 重量%で表して 5重量%以上の場合には、 F e 2〇 3の添加量は 1. 0〜4. 0重量%であることが好ましい。 特に、 着色 剤として後述の N i 0を添加する場合、 F e 2〇 3の添加量は 1. 02. 5重 量%であることが望ましい。 N i Oを添加しない場合、 62〇 3の添加量は1. 5〜4. 0重量%であることが望ましい。 That is, when a glass containing a large amount of MgO is used as the mother glass of the clad glass, devitrification is remarkable, so that the concentration of MgO in the mother glass becomes 100% by weight in total of the mother glass components. when, when expressed in terms of weight percent of more than 5 wt%, the addition amount of F e 2 〇 3 1.0 to 4. is preferably 0 wt%. In particular, when adding N i 0 below as a colorant, the amount of F e 2_Rei 3 is preferably 1. 0-2. Fivefold amount%. When NiO is not added, the amount of 62-3 is desirably 1.5 to 4.0% by weight.
MgO濃度が低いガラスをクラッドガラスの母ガラスとして使用する場合には、 失透が発生しにく くなるので、 更なる F e 2◦ 3の添加が可能である。 CoOと 比較して F e 203の吸収は小さいため、 380〜460 nmの光の吸収を大き くして、 この波長域の解像度をよくするためにはできるだけ F e 203の添加量 を多くすることが望ましい。 母ガラス中の MgO濃度が、 母ガラス成分の合計を 100重量%としたとき、 重量%で表して 5重量%未満の場合、 620;3は1When using a glass with low MgO concentration as the mother glass of the clad glass, Since devitrification hardly occurs, further addition of Fe 2◦3 is possible. Since the absorption of Fe203 is smaller than that of CoO, it is necessary to increase the absorption of Fe203 as much as possible to increase the absorption of light in the wavelength range of 380 to 460 nm and improve the resolution in this wavelength range. desirable. If the MgO concentration in the mother glass is less than 5% by weight, expressed as% by weight, assuming that the total of the mother glass components is 100% by weight, 620;
2. 0重量%まで添加することができる。 特に、 着色剤として後述の N i 0を添 加する場合、 Fe 2〇3の添加量は 5. 0〜8. 0重量%であることが望ましい。 NiOを添加しない場合、 Fe2〇3の添加量は 6. 0〜12. 0重量%である ことが望ましい。 It can be added up to 2.0% by weight. In particular, when Ni 0 described later is added as a coloring agent, the amount of Fe 2 〇3 is preferably 5.0 to 8.0% by weight. When NiO is not added, the amount of Fe2〇3 is desirably 6.0 to 12.0% by weight.
本発明では、 特に C o 2 +イオンと F e 3 +イオンとをクラッ ドガラス中に共 存させることにより、 可視光全体の波長の光の除去を効率よく行うことができる。 According to the present invention, in particular, by coexisting Co 2 + ions and Fe 3 + ions in the clad glass, it is possible to efficiently remove light having a wavelength of the entire visible light.
N i 0は必須成分ではないが、 C o 0および F e 203と共に用いることによ り、 C o 0による可視光吸収域と F e 203による可視光吸収域の間の帯域の光 (420〜500 nm) を吸収するので好ましい。 NiOの添加量は、 あまり多 すぎると、 ガラスが失透しやすくなるので、 できるだけ少ないことが望ましい。 NiOの添加量は 0. 0〜2. 0重量%であり、 望ましいのは 0. 2〜2. 0重 量%で、 より望ましいのは 0. 2〜1. 0重量%である。  Ni0 is not an essential component, but when used together with Co0 and Fe203, the light in the band between the visible light absorption region by Co0 and the visible light absorption region by Fe203 (420 to (500 nm). If the amount of NiO added is too large, the glass tends to be devitrified, so it is desirable that the amount of NiO be as small as possible. The addition amount of NiO is 0.0 to 2.0% by weight, preferably 0.2 to 2.0% by weight, and more preferably 0.2 to 1.0% by weight.
可視光域中の短波長を吸収するその他の金属イオンとしては C r、 Μη等が知 られている。 Milまたは C rを上記 C o、 Fe、 および Niに、 以下に述べるよ うに付加的に添加して使用することができる。  Other metal ions that absorb short wavelengths in the visible light region include Cr, Μη, and the like. Mil or Cr can be added to the above-mentioned Co, Fe, and Ni in addition as described below.
C r 203は必須成分ではないが、 F e 203と同様に 380〜430 nmの 光を強く吸収し、 その吸収能は F e 203よりも高い。 しかし Cr2〇3は、 ク ラッドガラス、 特にリチウムを含有するガラスを失透させ易い。 Cr2〇3の添 加量は 0. 2重量%以下であれば、 ガラスを失透させることなしに添加できる。  Although Cr 203 is not an essential component, it strongly absorbs light of 380 to 430 nm similarly to Fe 203, and its absorption ability is higher than that of Fe 203. However, Cr2-3 tends to devitrify clad glass, especially glass containing lithium. If the added amount of Cr2〇3 is 0.2% by weight or less, it can be added without devitrifying the glass.
MnOは必須成分ではないが、 ガラス中で Mn 3 +イオンの形で存在すると、 440〜500 nmの光を強く吸収する。 しかし MnOは F e 2〇 3と共存する 状態では、 Mn 2 +イオンの形で存在し、 光をほとんど吸収しなくなるので、 1. 0重量%以下添加しても差し支えないが、 着色剤として有効ではない。 MnO is not an essential component, but when it exists in the form of Mn 3 + ions in glass, it strongly absorbs light of 440 to 500 nm. However, in a state MnO is coexisting with F e 2 〇 3, in the form of Mn 2 + ions, since the light is no longer absorbs almost, but not safely be added 1.0 wt% or less, effective as a colorant is not.
上記着色剤を含有するクラッ ドガラスの、 イオン交換処理前の母ガラスの成分 組成の好ましい例は、 重量%で表して次の通りである (ただし、 合計で 100重 量%とする。)。 Components of mother glass before ion-exchange treatment of cloud glass containing the above colorants Preferable examples of the composition are as follows in terms of% by weight (however, the total is 100% by weight).
[クラヅ ドガラスの母ガラス組成 (イオン交換処理前) (重量%)]  [Composition of mother glass of clad glass (before ion exchange treatment) (% by weight)]
J 丄 リ n  J 丄 re n
Na 0 1 ~2 8  Na 0 1 ~ 2 8
M O 2. 5〜 1  M O 2.5-1
B a 0 2〜 10  B a 0 2〜10
PbO 0〜 25  PbO 0-25
T i 02 2〜 10 T i 0 2 2 to 10
S i 02 45 -60 S i 0 2 45 -60
—方、 コアガラスの、 イオン交換処理前のガラスの成分組成の好ましい例は、 重量%で表して次の通りである (ただし、 合計で 1 00重量%とする。)。  A preferred example of the component composition of the core glass before the ion exchange treatment is as follows in terms of% by weight (however, the total is 100% by weight).
[コアガラス組成 (イオン交換処理前) (重量%)]  [Core glass composition (before ion exchange treatment) (% by weight)]
L i 20 3〜 12 L i 20 3 to 12
N a 20 0〜 15 N a 20 0-15
MgO 2. 5- 1 5 MgO 2.5-15
B a 0 2〜 10 B a 0 2〜10
PbO 0〜 25 PbO 0-25
T i 02 2〜 10 T i 0 2 2 to 10
S i 02 45 ~ 60 S i 0 2 45 ~ 60
なお、 クラッ ドガラスおよびコアガラスはともに、 イオン交換処理の結果とし て、 その組成は均一ではなく半径方向に分布 (特に L i 20および Na 20成 分) するようになるので、 イオン交換処理を行って製造された本発明の屈折率分 布型光学素子のクラッドガラスの母ガラス及びコアガラスの成分組成は、 平均的 に重量%で表してそれそれ次の通りであり (ただし、 合計で 1 0 0重量%とす る。)、 クラッ ドガラス中の N a 20含有量がコアガラス中の N a 20含有量より も多く、'かつコアガラス中の L i 20含有量はクラヅドガラス中の L i 0含有 量よりも多いことが好ましい。 なお、 ここで、 「平均的」 とは、 下記組成分布が それそれクラッ ドガラス中およびコアガラス中で、 それそれ均質化されたとして 計算した値であることを意味する。 Note that the composition of both the clad glass and the core glass is not uniform but distributed radially (particularly, Li 20 and Na 20 components) as a result of the ion exchange treatment. The component compositions of the mother glass and the core glass of the clad glass of the refractive index distribution type optical element of the present invention manufactured as described above are expressed in terms of% by weight on average and are as follows (provided that the total is 10%). 0 wt%), the Na20 content in the clad glass is larger than the Na20 content in the core glass, and the Li20 content in the core glass is Li0 in the clad glass. It is preferable that the content is larger than the content. Here, “average” means that the following composition distributions are homogenized in the clad glass and core glass, respectively. It means that it is a calculated value.
[クラッ ドガラスの平均的母ガラス組成 (イオン交換処理後) (重量%)] [Average mother glass composition of clad glass (after ion exchange treatment) (% by weight)]
L i 0 0. 5〜 1 2 L i 0 0.5 to 1 2
N a 0 14〜28  N a 0 14-28
M g 0 2. 5〜 1 5  M g 0 2.5 to 15
2 ~ 1 0  2 to 1 0
P b 0 0〜 25  Pb 00-25
T i 0 2-10  T i 0 2-10
S i 0 ? 45-60  S i 0? 45-60
ァガラス 日 5^ fイオン Ι®·机理 ί糸)  A glass day 5 ^ f ion Ι®
L i 90 2〜 9  L i 90 2 to 9
n 〜 り  n ~
I a 2 ^  I a 2 ^
MgO 2. 5〜 1 5  MgO 2.5 to 15
B aO 2〜 : I 0  B aO 2 ~: I 0
PbO 0〜25  PbO 0-25
T i02 2〜 10 T i0 2 2 to 10
S i02 45〜 60 S i0 2 45〜 60
本発明の屈折率分布型光学素子は、 母ガラスに着色剤を添加した所定組成のク ラッドガラス素地とコアガラス素地とを用いて常法に従ってコア/クラヅドガラ スロッドを製造し、 このコア/クラッ ドガラスロッドを、 例えば硝酸ナトリウム のような溶融塩に所定時間浸漬して、 コァ /クラッ ドガラスロッ ド中のリチウム イオンと溶融塩中のナトリウムイオンとをイオン交換させることによって、 製造 することができる。  The refractive index distribution type optical element of the present invention produces a core / cloud glass rod according to an ordinary method using a glass base material having a predetermined composition obtained by adding a coloring agent to a mother glass and a core glass base material. For example, the glass rod can be manufactured by immersing the glass rod in a molten salt such as sodium nitrate for a predetermined period of time to exchange ions between lithium ions in the core / cloud glass rod and sodium ions in the molten salt.
このようにして製造される本発明の屈折率分布型光学素子は、 好ましくは、 1 00〜 1000 mの直径のコアガラスと 1 ~ 100 ^mの厚みのクラヅドガラ ス層 (ただしクラヅ ドガラス層の厚みはコアガラス直径の好ましくは 1〜 2 5%) からなり、 0. 1〜4の屈折率定数 (g) を有し、 クラッ ドガラス層のガ ラスは、 厚みが 100 mのときに 380 nmから 680 nmの範囲内の全ての 波長の光について 75 %以下の透過率を有する。 7 また本発明の屈折率分布型ロッ ドレンズアレイは、 このような本発明の屈折率 分布型光学素子を 5 0〜1 0 0 0本、 互いの光軸が平行になるように、 そして、 各光学素子の両端面が同一平面を形成するように、 1列または 2〜 4列の千鳥状 に配列して接着剤を用いて互いに固着させることにより製造される。 実施例 The thus-produced gradient index optical element of the present invention preferably has a core glass having a diameter of 100 to 1000 m and a cladding glass layer having a thickness of 1 to 100 m (provided that the thickness of the cladding glass layer is sufficient). Is preferably 1 to 25% of the core glass diameter), has a refractive index constant (g) of 0.1 to 4, and the glass of the clad glass layer has a thickness of 380 nm when the thickness is 100 m. It has a transmittance of less than 75% for light of all wavelengths in the range of 680 nm. 7 Further, the gradient index rod lens array of the present invention includes 50 to 100 refractive index gradient optical elements of the present invention, such that their optical axes are parallel to each other, and The optical elements are manufactured by arranging them in one or two to four rows in a staggered manner so that both end faces of the optical elements form the same plane, and fixing them together using an adhesive. Example
以下、 実施冽及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。 ただし、 本 発明はその要旨を超えない限り以下の実施咧によって限定されるものではない。 実施咧 1、 比較例 1〜4  Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to practical examples and comparative examples. However, the present invention is not limited by the following embodiments without departing from the gist thereof. Implementation 咧 1, Comparative Examples 1-4
表 1, 3に示す組成を有し、 厚みが 0 . 5 mm、 内径が 3 0 . 5 mmの中空円 筒形状のクラヅドガラス、 およびその中に挿入した直径 3 0 mmのコアガラス口 ッドを電気炉中で 6 5 0 °Cで加熱し、 引張ローラ一で延伸することにより、 中空 円筒形状のクラヅ ドガラスとコアガラスロッ ドが融着して一体化して、 各々外径 が 3 0 0 mでコア径が 2 9 5 ja m (クラヅ ド層厚み 2 . 5 rn) のコア/クラ ヅ ドガラスロッドを得た。 なお、 表 1 , 3及び後述の表 2のガラス組成において、 着色剤の添加量 (重量%) は着色剤以外の母ガラス成分の合計を 1 0 0重量%と した値である。  A hollow cylindrical clad glass having the composition shown in Tables 1 and 3 and having a thickness of 0.5 mm and an inner diameter of 30.5 mm, and a core glass head with a diameter of 30 mm inserted therein were used. By heating in an electric furnace at 65 ° C. and stretching with a tension roller, the hollow cylindrical clad glass and the core glass rod are fused and integrated, and each core has an outer diameter of 300 m. A core / clad glass rod with a diameter of 295 jam (cladding layer thickness of 2.5 rn) was obtained. In addition, in the glass compositions of Tables 1 and 3 and Table 2 described below, the added amount (% by weight) of the colorant is a value in which the total of the mother glass components other than the colorant is 100% by weight.
このガラスロッドを約 1 mの長さに切断し、 約 4 4 5 °Cに維持した硝酸ナトリ ゥムの溶融塩の浴の中に約 2 4時間浸漬して、 ガラスロッ ド中のリチウムイオン と溶融塩中のナトリウムイオンとをイオン交換させた後、 引き上げた。 このロッ ドを切断して、 両端面を平坦に研磨して長さ 4 . 1 3 mm又は 4 . 0 1 mmで屈 折率分布を有するロッドレンズを得た。 このロッドレンズの外径、 長さ、 中心軸 上の屈折率 (n 0 )、 屈折率定数 (g:)、 および T C (等倍の正立実像が結像する 物像間距離) は表 4に示す通りであった。 なお、 屈折率定数 (g ) は、 n 0を中 心軸上の屈折率として、 半径 (r ) 方向の屈折率 (n ) の分布を、 This glass rod was cut into a length of about 1 m, immersed in a bath of molten sodium nitrate maintained at about 445 ° C for about 24 hours, and the lithium ions in the glass rod were removed. After the ion exchange with the sodium ion in the molten salt, it was pulled up. This rod was cut, and both end faces were polished flat to obtain a rod lens having a length of 4.13 mm or 4.01 mm and a refractive index distribution. Table 4 shows the outer diameter, length, refractive index (n 0 ) on the central axis, refractive index constant (g :), and TC (distance between object images at which a 1 × real erect image is formed) of this rod lens. As shown in FIG. In addition, the refractive index constant (g) is defined as the distribution of the refractive index (n) in the radius (r) direction, where n 0 is the refractive index on the central axis.
n = n 0 ( 1 - g r ^ )  n = n 0 (1-g r ^)
で近似させたときの定数である。 そして、 屈折率はコアとクラッ ドの境界におい て連続的に変化していた。 Is a constant when approximated by And the refractive index was continuously changing at the boundary between the core and the cladding.
また、 各屈折率分布型ロッ ドレンズ約 2 0 0本を互いの光軸が平行になるよう - に 2列に千鳥状に配列して接着剤を用いて互いに固着させて口 'ソ ドレンズアレイ を作製した。 このロ ヅ ドレンズアレイについて、 グリッドパターンの空間周波数 を 12 Lp/mmとし、 測定光として白色光を用いて、 470 nm, 530 nm, および 660 nmの波長における MT F (Modulation Transfer Function) の値 を測定し、 結果を表 4に示した。 なお MTFは物体と像のコントラス トの比を空 間周波数の関数として表したものであり、 MTFが 100%に近いほど原画に忠 実な像が形成されていて、 高い解像力が維持されていることを示す。 In addition, about 200 refractive index distribution type rod lenses are set so that their optical axes are parallel to each other. Then, the lenses were arranged in two rows in a zigzag pattern and fixed to each other using an adhesive to produce a lens array. For this load lens array, the spatial frequency of the grid pattern was 12 Lp / mm, and the value of the MTF (Modulation Transfer Function) at 470, 530, and 660 nm wavelengths was measured using white light as the measurement light. Was measured, and the results are shown in Table 4. The MTF is the ratio of the contrast between the object and the image as a function of the spatial frequency.The closer the MTF is to 100%, the more faithful the original image is formed, and the higher the resolving power is maintained. Indicates that
なお、 着色剤として、 CoO、 ΜηΟ、 および C r 203を用いた比較例 2で は、 加熱炉中での加熱延伸の途中で、 クラッ ドガラスに失透がしばしば発生して、 得られる二重ガラスの直径が不均一となったため、 口ッドレンズアレイの光学特 性を測定できなかった。  In Comparative Example 2 using CoO, {η}, and Cr 203 as the coloring agent, the devitrification often occurred in the clad glass during heating and stretching in a heating furnace, and the resulting double glass The optical characteristics of the aperture lens array could not be measured because the diameter of the lens was not uniform.
実施例 2〜: L 0 Example 2: L 0
コア、 クラッ ドガラスの組成として表 1 , 2に示すものを用いて、 図 2に示す 2重るつぼを用いた紡糸により、 二重ガラスロッドを次のようにして得た。 図 2 において、 2重るつぼ 1は内るつぼ 2および外るつぼ 3からなり、 内るつぼ 2お よび外るつぼ 3に、 それそれコアガラス用ガラスカレットおよびクラヅドガラス 用ガラスカレッ トを投入し、 2重るつぼ 1内でそれぞれ加熱溶融して、 内るつぼ 2よりコアガラス 4を、 外るつぼ 3より着色剤を含むクラッ ドガラス 5を下部ノ ズル 6より引き出し、 引っ張りローラー (図示せず) により紡糸して両者を融着 —体化することによりコア/クラヅドガラスロッドを得ることができる。 各々の ガラスロッ ドを実施例 1と全く同様にしてイオン交換処理して、 屈折率分布を有 するロッドレンズおよび口ッ ドレンズアレイを作製し、 その光学特性を表 4に示 した。  A double glass rod was obtained as follows by spinning using a double crucible shown in Fig. 2 using the compositions shown in Tables 1 and 2 for the core and clad glass. In FIG. 2, the double crucible 1 is composed of an inner crucible 2 and an outer crucible 3, and the inner glass 2 and the outer glass 3 are charged with glass cullets for core glass and glass, respectively. Then, the core glass 4 is drawn out from the inner crucible 2 and the clad glass 5 containing the coloring agent is drawn out from the lower nozzle 6 from the inner crucible 3 and spun by a pulling roller (not shown) to fuse them together. -Core / Clad glass rod can be obtained by embodying. Each glass rod was subjected to an ion exchange treatment in exactly the same manner as in Example 1 to produce a rod lens and an aperture lens array having a refractive index distribution, and the optical characteristics are shown in Table 4.
なお、 上述の実施例及び比較冽で用いたクラッ ドガラスのうち、 実施例 1で用 いたクラヅ ドガラス (C 00 1. 0重量%、 F e 2〇 3 3. 0重量%) の透 過率分光特性 (ガラス厚み 0. 1mmに換算) を図 3に、 実施冽 3で用いたクラ ッドガラス (C oO 1. 0重量%、 F e 203 2. 0重量%、 N i 0 0. 5重量%) の透過率分光特性 (ガラス厚み 0. 1mmに換算) を図 4に、 実施例 4で用いたクラッ ドガラス (C o O 1. 0重量%、 F e 203 10. 0重 7 量%) の透過率分光特性 (ガラス厚み 0. 1 mm換算) を図 5に、 実施咧 5で用 いたクラッ ドガラス (C oO 1. 0重量%、 F e 203 6. 0重量%、 N i 0 1. 0重量%) の透過率分光特性 (ガラス厚み 0. 1mmに換算) を図 6に、 実施冽 6で用いたクラッ ドガラス (C o〇 2. 0重量%、 F e 203 6. 0 重量%) の透過率分光特性 (ガラス厚み 0. 1mmに換算) を図 7に、 実施例 7 で用いたクラヅ ドガラス (C oO 3. 5重量%、 F e 203 3. 0重量%) の透過率分光特性 (ガラス厚み 0. 1mmに換算) を図 8に、 実施例 8で用いた クラッ ドガラス (C oO 3. 5重量%、 F e 203 1 0. 0重量%) の透過 率分光特性 (ガラス厚み 0. 1mm換算) を図 9に、 実施例 9で用いたクラッ ド ガラス (Co O 1. 0重量%、 F e 203 3 - 0重量%、 N i 0 1. 75 重量%) の透過率分光特性 (ガラス厚み 0. 1mmに換算) を図 10に、 実施例 10で用いたクラッ ドガラス (CoO 1. 0重量%、 F e 203 10. 0重 量%、 N i O 1. 75重量%) の透過率分光特性 (ガラス厚み 0. 1mm換 算) を図 1 1に、 比較例 1で用いたクラッドガラス (Co O 1. 0重量%) の 透過率分光特性 (ガラス厚み 0. 1mmに換算) を図 12に、 比較例 3で用いた クラヅ ドガラス (C oO 1. 0重量%、 N i O 0. 5重量%) の透過率分光 特性 (ガラス厚み 0. 1mmに換算) を図 13にそれそれ示す。 The transmittance spectrum of the clad glass used in Example 1 (C 001.0% by weight, Fe 2〇33.0% by weight) among the above-mentioned examples and the comparatively used clad glass used in the comparative example. The properties (converted to glass thickness of 0.1 mm) are shown in Fig. 3, and the clad glass used in Example 3 (CoO 1.0 wt%, Fe203 2.0 wt%, Ni00.5 wt%) Fig. 4 shows the transmittance spectral characteristics (converted to a glass thickness of 0.1 mm) of the clad glass used in Example 4 (CoO 1.0% by weight, Fe 203 10.0 weights). Fig. 5 shows the transmittance spectral characteristics (converted to glass thickness of 0.1 mm) of the clad glass (CoO 1.0 wt%, Fe 203 6.0 wt%, N Figure 6 shows the transmittance spectral characteristics (converted to glass thickness 0.1 mm) of i 0 1.0 wt%), and the clad glass (CoC2.0 wt%, Fe 203 6. FIG. 7 shows the transmittance spectral characteristics (converted to a glass thickness of 0.1 mm) of the clad glass (3.5% by weight of CoO, 3.0% by weight of Fe203) used in Example 7. Fig. 8 shows the transmittance spectral characteristics (converted to a glass thickness of 0.1 mm), and the transmittance spectral characteristics of the clad glass (3.5% by weight of CoO, Fe 203 10.0% by weight) used in Example 8. Figure 9 shows the glass thickness (converted to 0.1 mm thickness) of the clad glass used in Example 9 (1.0% by weight of CoO, 1.03% by weight of Fe203, and 3.75% by weight of Ni). Fig. 10 shows transmittance spectral characteristics (converted to glass thickness of 0.1mm). The transmittance spectral characteristics (glass thickness 0.1 mm conversion) of the clad glass (1.0% by weight of CoO, 10.0% by weight of Fe203, 1.75% by weight of NiO) used in Example 10 were measured. Fig. 11 shows the transmittance spectral characteristics (converted to a glass thickness of 0.1 mm) of the clad glass (CoO 1.0% by weight) used in Comparative Example 1, and Fig. 12 shows the transmittance of the clad glass (CoO thickness: 0.1 mm) used in Comparative Example 3. Fig. 13 shows the transmittance spectral characteristics (converted to glass thickness of 0.1mm) for 1.0% by weight of CoO and 0.5% by weight of NiO.
/JP9 8 表 1 / JP9 8 Table 1
実施例 1 実施例 2 実施例 3 実施例 4 実施例 5 Example 1 Example 2 Example 3 Example 4 Example 5
11ァ クラッに コア クラッド、 :]ァ クラッド、 ]ァ クラッド コア クラッ11a Crack core clad,:] a clad,] a clad core crack
Li20 4.2 0.0 5.5 0.0 4.2 0.0 4.2 0.0 4.2 0.0 母 Li 2 0 4.2 0.0 5.5 0.0 4.2 0.0 4.2 0.0 4.2 0.0 Mother
ガ Na20 8.3 16.4 7.6 17. 9 8.3 16.4 8.3 16.6 8.3 16.6 フGas Na 2 0 8.3 16.4 7.6 17.9 8.3 16.4 8.3 16.6 8.3 16.6
gO 8.4 8. 1 8.0 7.6 8.4 8. 1 8.4 4.5 8.4 4.5 ス  gO 8.4 8.1 8.0 7.6 8.4 8.1 1 8.4 4.5 8.4 4.5
PbO 20.0 19. 1 19.2 18. 1 20.0 19. 1 20.0 19. 1 20.0 19. 1 里 BaO 4.6 4.4 5.0 4.7 4.6 4.4 4.6 4.3 4.6 4.3 PbO 20.0 19.1 19.2 18.1 20.0 19.1 20.0 19.1 20.0 19.1 ri BaO 4.6 4.4 5.0 4.7 4.6 4.4 4.6 4.3 4.6 4.3
0/ 0 /
Ti02 4.2 4.0 6.2 5.9 4.2 4.0 4.2 3.7 4.2 3.7Ti0 2 4.2 4.0 6.2 5.9 4.2 4.0 4.2 3.7 4.2 3.7
Si02 50.3 48.0 48.5 45.8 50.3 48.0 50.3 51.8 50.3 51.8Si0 2 50.3 48.0 48.5 45.8 50.3 48.0 50.3 51.8 50.3 51.8
CoO 0 1.0 0 1.0 0 1.0 0 1.0 0 1.0 色 CoO 0 1.0 0 1.0 0 1.0 0 1.0 0 1.0 Color
剤 Fe203 0 3.0 0 3.0 0 2.0 0 10. 0 0 6.0Agent Fe 2 0 3 0 3.0 0 3.0 0 2.0 0 10. 0 0 6.0
NiO 0 0 0 0 0 0.5 0 0 0 1.0 里 MnO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0/ NiO 0 0 0 0 0 0.5 0 0 0 1.0 village MnO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 /
/0 / 0
Cr203 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Cr 2 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
実施例 6 実施例 7 実施例 8 実施例 9 実施例 1 0 コア クラッド 17 クラット、、 コア クラッド コア クラッド コア クラ、ソ卜、、Example 6 Example 7 Example 8 Example 9 Example 10 0 core clad 17 clats, core clad core clad core clad
Li20 4.2 0.0 4.2 0.0 4.2 0.0 4.2 0.0 4.2 0.6 母 Li 2 0 4.2 0.0 4.2 0.0 4.2 0.0 4.2 0.0 4.2 0.6 Mother
ガ Na20 8.3 16.6 8.3 16.6 8.3 16.6 8.3 16.6 8.3 16.6 ラ Moth Na 2 0 8.3 16.6 8.3 16.6 8.3 16.6 8.3 16.6 8.3 16.6
MgO 8.4 4.5 8.4 4.5 8.4 4.5 8.4 4.5 8.4 4.5 ス  MgO 8.4 4.5 8.4 4.5 8.4 4.5 8.4 4.5 8.4 4.5
PbO 20.0 19. 1 20.0 19. 1 20.0 19. 1 20.0 19. 1 20.0 19.1 里 BaO 4.6 4.3 4.6 4.3 4.6 4.3 4.6 4.3 4.6 4.3 PbO 20.0 19.1 20.0 19.1 20.0 19.1 20.0 19.1 20.0 19.1 ri BaO 4.6 4.3 4.6 4.3 4.6 4.3 4.6 4.3 4.6 4.3
% Ti02 4.2 3.7 4.2 3.7 4.2 3.7 4.2 3.7 4.2 3.7% Ti0 2 4.2 3.7 4.2 3.7 4.2 3.7 4.2 3.7 4.2 3.7
Si02 50.3 51.8 50.3 51.8 50.3 51.8 50.3 51.8 50.3 51.8Si0 2 50.3 51.8 50.3 51.8 50.3 51.8 50.3 51.8 50.3 51.8
CoO 0 2.0 0 3.5 0 3.5 0 1.0 0 1.0 色 CoO 0 2.0 0 3.5 0 3.5 0 1.0 0 1.0 color
剤 Fe203 0 6.0 0 3.0 0 10. 0 0 3.0 0 10.0Agent Fe 2 0 3 0 6.0 0 3.0 0 10. 0 0 3.0 0 10.0
NiO 0 0 0 0 0 0 0 1.75 0 1.75 里 MnO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0NiO 0 0 0 0 0 0 0 1.75 0 1.75 ri MnO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0/ 0 /
/0 / 0
Cr203 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 表 3 Cr 2 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Table 3
比較例 1 比較例 2 比較例 3 比較例 4 コア クラ、ソ卜、、 コア クラッド、 コア クラッに コア クラッド Comparative Example 1 Comparative Example 2 Comparative Example 3 Comparative Example 4 Core Cladding, SORT, Core Cladding, Core Cladding, Core Cladding
Li20 4.2 0.0 4.2 0.0 4.2 0.0 4.2 0.0 母 Li 2 0 4.2 0.0 4.2 0.0 4.2 0.0 4.2 0.0 Mother
ガ Na20 8.3 16.4 8.3 16.4 8.3 16.4 8.3 16.4 ノ MgO 8.4 8. 1 8.4 8. 1 8.4 8. 1 8.4 8.1 ス Gas Na 2 0 8.3 16.4 8.3 16.4 8.3 16.4 8.3 16.4 G MgO 8.4 8.1 8.4 8. 1 8.4 8. 1 8.4 8.1
PbO 20.0 19. 1 20.0 19. 1 20.0 19. 1 20.0 19. 1 里 BaO 4.6 4.4 4.6 4.4 4.6 4.4 4.6 4.4 PbO 20.0 19.1 20.0 19.1 20.0 19.1 20.0 19.1 ri BaO 4.6 4.4 4.6 4.4 4.6 4.4 4.6 4.4
0/ 0 /
/0 Ti02 4.2 4.0 4.2 4.0 4.2 4.0 4.2 4.0/ 0 Ti0 2 4.2 4.0 4.2 4.0 4.2 4.0 4.2 4.0
Si02 50.3 48.0 50.3 48.0 50.3 48.0 50.3 48.0Si0 2 50.3 48.0 50.3 48.0 50.3 48.0 50.3 48.0
CoO 0 1.0 0 1.0 0 1.0 0 1.0 色 CoO 0 1.0 0 1.0 0 1.0 0 1.0 Color
剤 Fe203 0 0 0 0 0 0 0 0Agent Fe 2 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0
NiO 0 0 0 0 0 0.5 0 0 里 MnO 0 0 0 0.75 0 0 0 1.5NiO 0 0 0 0 0 0.5 0 0 village MnO 0 0 0 0.75 0 0 0 1.5
0/ 0 /
/0 / 0
Cr203 0 0 0 0.25 0 0 0 0 Cr 2 0 3 0 0 0 0.25 0 0 0 0
oi i/oo O0/66u7:M£<1>dl一寸 z. oi i / oo O0 / 66u7: M £ <1> dl one inch z.
O'ZZ V\L 9'Si, 8'9i 'LL I'll I'LL L' L 6'S Γ9 S* i 9"9i rauo99 'Z 8"C O'Si Γ9Ζ 0" A I'll 'll 9'9 Ή C Z 'U 6 8'CZ muo sO'ZZ V \ L 9'Si, 8'9i 'LL I'll I'LL L' L 6'S Γ9 S * i 9 "9i rauo99 'Z 8" C O'Si Γ9Ζ 0 "A I'll' ll 9'9 Ή CZ 'U 6 8'CZ muo s
Z'9 Q' S*IS 9'9Z C*9 'ZL VZL ' L 0*9Z Z'ZL d'lL 8- O^Z'9 Q 'S * IS 9'9Z C * 9' ZL VZL 'L 0 * 9Z Z'ZL d'lL 8- O ^
OZ'Q 02'6 OZ'6 OZ'6 0Z*6 QZ'Q 0Z*6 02.6 0Z"6 OZ'6 T8 OZ'6 (ran) 01OZ'Q 02'6 OZ'6 OZ'6 0Z * 6 QZ'Q 0Z * 6 02.6 0Z "6 OZ'6 T8 OZ'6 (ran) 01
T68*0 T68*0 T68"0 Ϊ68Ό Ϊ68Ό Τ68Ό Ϊ68Ό Ϊ68Ό Ϊ68.0 168*0 168*0 0C6*0 Ϊ68Ό T68 * 0 T68 * 0 T68 "0 Ϊ68Ό Ϊ68Ό Τ68Ό Ϊ68Ό Ϊ68Ό Ϊ68.0 168 * 0 168 * 0 0C6 * 0 Ϊ68Ό
ZW\ Ζ19Ί zw\ Ζΐ9·ϊ 1W\ Zld'l ZW\ ZW\ ZW\ ZW\ 0S9'T ZW\  ZW \ Ζ19Ί zw \ Ζΐ9ϊ 1W \ Zld'l ZW \ ZW \ ZW \ ZW \ 0S9'T ZW \
ZV εΐ· εΐ· Z\'f cr CT' TO' \' (画) ZV εΐ · εΐ · Z \ 'f cr CT' TO '\' (picture)
OC'O οε·ο OC'O OC"0 οε·ο οε·ο OC'O οε·ο οε·ο οε·ο OC'O OC'O OC'O (ΠΜ) c ΐ Οΐ 6 8 I 9 S ε Z ΐ m 爾 OC'O οε · ο OC'O OC "0 οε · ο οε · ο OC'O οε · ο οε · ο οε · ο OC'O OC'O OC'O (ΠΜ) c ΐ Οΐ 6 8 I 9 S ε Z ΐ m
実施例 1〜 1 0と比較 ί列 1、 3、 4とを比較すると、 実施冽 1〜 1 0は、 いず れも、 4 7 0 , 5 3 0 , 6 6 0 n mの各波長において、 高い M T F値が得られて いる。 それに対して比較例 1、 3および 4では、 4 7 0 n mにおける M T F値が 低く、 白色光光源を用いた場合には解像度が低下することを示している。 そして 実施例 1および 2は、 着色成分が同じで、 コア、 クラッ ドガラスの母ガラス組成 が異なるが、 失透を生じることはなかった。 それに対して比較例 2では実施例 1 と同じ母ガラス組成のコア、 クラッドガラスを用いているが、 失透を生じている。 産業上の利用可能性 Comparison with Examples 1 to 10 ίComparing with Rows 1, 3, and 4, the results are as follows.Each of the samples 1 to 10 shows that at each wavelength of 470, 530, and 660 nm, High MTF values have been obtained. On the other hand, in Comparative Examples 1, 3 and 4, the MTF value at 470 nm was low, indicating that the resolution was reduced when a white light source was used. In Examples 1 and 2, although the coloring components were the same and the mother glass compositions of the core and the clad glass were different, devitrification did not occur. On the other hand, in Comparative Example 2, although core and clad glass having the same mother glass composition as in Example 1 were used, devitrification occurred. Industrial applicability
以上に説明したように、 本発明によれば、 少なくとも C oおよび F eの着色成 分をクラッ ドガラス中に含有させたコア/クラッドニ重ガラスロッ ドをイオン交 換することによって、 外径精度がきわめて良く、 外周部分の屈折率分布の乱れた 部分を通る光の影響を小さくし、 フレアー光の侵入を防止し、 白色光を用いた光 学装置においても、 優れた解像度を有する屈折率分布型ロッドレンズ、 および口 ッドレンズアレイを得ることができる。  As described above, according to the present invention, the core / clad double glass rod containing at least the coloring components of Co and Fe in the clad glass is ion-exchanged, so that the outer diameter accuracy is extremely high. Well, it reduces the influence of light passing through the part where the refractive index distribution is disturbed in the outer peripheral part, prevents invasion of flare light, and has a high refractive index distribution rod with excellent resolution even in optical devices using white light. A lens and a lens array can be obtained.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
1. イオン交換法により製造されるコア/クラッド構造の屈折率分布型光学素子 であって、 クラッドガラス中に金属酸化物着色成分を含有する屈折率分布型光学 素子において、 1. A gradient index optical element having a core / cladding structure manufactured by an ion exchange method, wherein the cladding glass contains a metal oxide coloring component.
該クラッ ドガラスが、 該金属酸化物着色成分として、 着色成分を除く母ガラス 成分の合計を 100重量%として、 重量%で表して、  The clad glass is expressed as a metal oxide coloring component in terms of% by weight, with the total of the mother glass components excluding the coloring component being 100% by weight.
C o 0 0. 3〜4. 0  C o 0 0.3 to 4.0
F e 203 1. 0- 12. 0  F e 203 1.0-12.0
N i 0 0. 0〜2. 0  N i 0 0.0 to 2.0
C r 03 0. 0〜0. 2  C r 03 0.0-0.2
を含有することを特徴とする屈折率分布型光学素子。 And a gradient index optical element comprising:
2. 前記クラッ ドガラスが、 前記金属酸化物着色成分として、 着色成分を除く母 ガラス成分の合計を 100重量%として、 重量%で表して、  2. The above-mentioned clad glass is expressed in terms of% by weight, with the total of the mother glass components excluding the coloring component being 100% by weight as the metal oxide coloring component,
C o 0 0. 5〜: L . 5  C o 0 0.5-: L. 5
F e 003 1. 5〜4. 0  F e 003 1.5 to 4.0
N i〇 0 N i〇 0
を含有する請求項 1に記載の屈折率分布型光学素子。 2. The gradient index optical element according to claim 1, comprising:
3. 前記クラッ ドガラスが、 前記金属酸化物着色成分として、 着色成分を除く母 ガラス成分の合計を 100重量%として、 重量%で表して、  3. The above-mentioned clad glass is expressed in terms of% by weight, with the total of the mother glass components excluding the coloring component being 100% by weight as the metal oxide coloring component,
C o 0 0. 5〜1. 5  C o 0 0.5 to 1.5
F e 203 1. 0~2. 5 F e 203 1.0-2.5
N i 0 0. 2〜2. 0 N i 0 0.2 to 2.0
を含有する請求項 1に記載の屈折率分布型光学素子。 2. The gradient index optical element according to claim 1, comprising:
4. 前記母ガラス中に、 母ガラス成分の合計を 100重量%として、 重量%で表 して、 5重量%以上の M g 0を含有する請求項 2又は 3に記載の屈折率分布型光 学素子。  4. The refractive index distribution type light according to claim 2 or 3, wherein the mother glass contains 5% by weight or more of Mg0 in terms of% by weight, where the total of the mother glass components is 100% by weight. Element.
5. 前記クラッ ドガラスが、 前記金属酸化物着色成分として、 着色成分を除く母 ガラス成分の合計を 100重量%として、 重量%で表して、 C o 0 0. 5〜: L . 5 5. The above-mentioned clad glass is expressed as% by weight, with the total of the mother glass components excluding the coloring component as 100% by weight as the metal oxide coloring component, C o 0 0.5-: L. 5
F e 203 6. 0〜12. 0  F e 203 6.0-12.0
N i 0 0  N i 0 0
を含有する請求項 1に記載の屈折率分布型光学素子。 2. The gradient-index optical element according to claim 1, comprising:
6. 前記クラッ ドガラスが、 前記金属酸化物着色成分として、 着色成分を除く母 ガラス成分の合計を 100重量%として、 重量%で表して、  6. The above-mentioned clad glass is expressed as% by weight, with the total of the mother glass components excluding the coloring component as 100% by weight as the metal oxide coloring component,
C 00 0. 5〜1. 5 C 00 0.5 to 1.5
F e 20 -5 5. 0〜8. 0 F e 20 -5 5.0 to 8.0
N i 0 0. 2〜2. 0  N i 0 0.2 to 2.0
を含有する請求項 1に記載の屈折率分布型光学素子。 2. The gradient index optical element according to claim 1, comprising:
7. 前記母ガラス中に、 母ガラス成分の合計を 100重量%として、 重量%で表 して、 5重量%未満の M g 0を含有する請求項 5又は 6に記載の屈折率分布型光 学素子。  7. The gradient index light according to claim 5 or 6, wherein the mother glass contains less than 5% by weight of Mg0, expressed as% by weight, with the total of the mother glass components being 100% by weight. Element.
8. 前記クラッドガラスは母ガラス成分として、 平均的に、 重量%で表して、 L i 20 0. 5〜12  8. The clad glass is expressed as a mother glass component, expressed as a percentage by weight on average, as L i 20 0.5 to 12
Na 20 14〜28  Na 20 14-28
ただし、 L i 20および N a 20の合計 15~29 However, the sum of L i 20 and N a 20 15 to 29
MgO 2. 5〜; L 5  MgO 2.5-; L 5
B aO 2〜: L 0  B aO 2 ~: L 0
PbO 0-25  PbO 0-25
T i 02 2- 10 T i 0 2 2-10
S i O 2 45〜60  S i O 2 45-60
を含有し、 Containing
前記コアを構成するガラスは、 平均的に、 重量%で表して、 The glass that constitutes the core is, on average, expressed in weight percent,
L i 20 2〜 9  L i 20 2 to 9
N a 20 0. 5 ~ 25  N a 20 0.5 to 25
ただし、 L i 20および N a 20の合計 4~29 However, the sum of Li 20 and Na 20 is 4 to 29
M O 2. 5〜 15  M O 2.5 to 15
B a 0 2 ~ 10 P b 0 0〜 2 5 B a 0 2 ~ 10 P b 0 0 ~ 2 5
T i 02 2〜; L 0  T i 02 2-; L 0
S i 02 4 δ~β 0  S i 02 4 δ ~ β 0
を含有し、 クラッ ドガラス中の Na 20含有量はコアガラス中の Na 20含有量 よりも多く、 かつコアガラス中の L i 20含有量はクラヅ ドガラス中の L i 2◦ 含有量よりも多い請求項 1ないし 7のいずれか 1項に記載の屈折率分布型光学素 子。 And the Na 20 content in the clad glass is higher than the Na 20 content in the core glass, and the Li 20 content in the core glass is higher than the Li 2◦ content in the clad glass. Item 8. The gradient index optical element according to any one of Items 1 to 7.
9. 前記クラッ ドガラスの層は 1〜 100〃mの厚みを有し、 該クラッドガラス がその厚みを Ι Ο Ο ΛΖΠΙとしたときに、 3 8 0 nmから 6 8 0 nmの範囲内の全 ての波長の光について Ί 5 %以下の透過率を有する請求項 1ないし 8のいずれか 1項に記載の屈折率分布型光学素子。  9. The cladding glass layer has a thickness of 1 to 100 μm, and when the cladding glass has a thickness of Ι Ο ΛΖΠΙ, all the layers in the range of 380 nm to 680 nm are provided. 9. The gradient index optical element according to claim 1, having a transmittance of not more than 5% for light having a wavelength of:
1 0. 前記コアのガラスの直径は 1 0 0〜 1 0 0 Οχ πιであり、 前記クラッドガ ラスの層の厚みはコアのガラスの直径の 1〜2 5 %である請求項 1ないし 9のい ずれか 1項に記載の屈折率分布型光学素子。  10. The method according to claim 1, wherein the diameter of the core glass is 100 to 100Οχππ, and the thickness of the cladding glass layer is 1 to 25% of the diameter of the core glass. 2. The gradient index optical element according to item 1.
1 1. 請求項 1〜 1 0のいずれか 1項に記載の前記屈折率分布型光学素子を複数 本、 互に光軸が平行になるように配列して互いに固着した屈折率分布型ロッドレ  1 1. A plurality of the gradient index optical elements according to any one of claims 1 to 10, which are arranged so that their optical axes are parallel to each other and are fixed to each other.
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